高中生物选修3精品学案11DNA重组技术的基本工具Word文档下载推荐.docx

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大肠杆菌

T4噬菌体

特点

只能“缝合”具有互补的黏性末端的双链DNA片段

既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端

（2）作用结果：

将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

（1）作用：

将目的基因送入受体细胞中。

（2）常用种类：

质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

（3）质粒适合作为载体的特点

a.质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段（基因）插入其中。

b.携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，在细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。

c.质粒DNA分子上有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

|自查自纠|

1.基因工程的原理是基因重组，不过这种变异是定向的。

（√）

2.DNA重组技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体。

（×

）

3.DNA聚合酶也可以用作DNA重组技术的工具。

4.限制酶在原来的原核细胞内对细胞自身有害。

5.DNA连接酶可以连接目的基因与载体的氢键，形成重组DNA。

6.E·

coliDNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端。

7.载体的种类有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等，其中动植物病毒必须是DNA病毒。

8.DNA连接酶能连接所有相同或互补的黏性末端，故该酶没有专一性。

|图解图说|

★剪切的结果是产生平末端。

★大肠杆菌及质粒的分子结构示意图

一个质粒是否只能插入一种目的基因？

提示：

不是，质粒上有多个限制酶的切割位点，所以可以插入多种基因。

探究点一　基因工程的工具酶

1.下图中的图1和图2分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图。

请据图回答：

（1）请说出EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列及切割的位点。

提示　EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切割位点在G和A之间；

SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在G和C之间。

（2）EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶作用的结果分别是什么？

提示　EcoRⅠ限制酶将DNA切割成黏性末端，SmaⅠ限制酶将DNA切割成平末端。

（3）以上实例说明限制酶有何特性？

该特性的含义是什么？

提示　说明限制酶具有专一性。

专一性指的是限制酶能识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上进行切割。

2.DNA连接酶、限制酶和DNA聚合酶都作用于哪种化学键，分别对这种化学键有何影响？

提示　均作用于磷酸二酯键，DNA连接酶和DNA聚合酶是形成磷酸二酯键，限制酶是破坏磷酸二酯键。

3.DNA连接酶和DNA聚合酶具体的作用有何不同？

提示　DNA连接酶是将两个DNA片段连接在一起，而DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸连接在脱氧核苷酸链的3′端上。

五种酶的比较

作用底物

作用部位

形成产物

限制酶

DNA分子

磷酸二酯键

黏性末端或平末端

DNA连接酶

DNA片段

重组DNA分子

DNA聚合酶

脱氧核苷酸和DNA片段

子代DNA

解旋酶

碱基对中的氢键

形成脱氧核苷酸单链

DNA（水解）酶

游离的脱氧核苷酸

【典例1】若要利用某目的基因（见图甲）和P1噬菌体载体（见图乙）构建重组DNA（见图丙），限制性核酸内切酶的酶切位点分别是BglⅡ（A↓GATCT）、EcoRⅠ（G↓AATTC）和Sau3AⅠ（↓GATC）。

下列分析合理的是（　　）

A.用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

B.用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

C.用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

D.用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

[解析]　解答本题的关键是要看清切割后目的基因插入的方向，只有用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体，构建的重组DNA中RNA聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定与图丙相同。

[答案]　D

确定限制酶的种类

（1）根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类

①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。

②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。

③为避免目的基因自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶（但要确保质粒上也有这两种酶的切点）。

（2）根据质粒的特点确定限制酶的种类

①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。

②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因；

如果所选酶的切点不止一个，则切割重组后可能会丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。

【跟踪训练】

1.如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是（　　）

A.①②③④B.①②④③

C.①④②③D.①④③②

[解析]　限制酶可在特定位点对DNA分子进行切割；

DNA聚合酶在DNA分子复制时将单个脱氧核苷酸连接在脱氧核苷酸链上；

DNA连接酶可将限制酶切开的磷酸二酯键连接在一起；

解旋酶的作用是将DNA双链解开螺旋，为复制提供模板。

[答案]　C

探究点二　基因工程中常用的载体——质粒

1.质粒作为目的基因的载体，其本质是什么？

提示　小型环状DNA。

2.所有载体都是质粒吗？

为什么？

提示　不是，除了质粒外，载体还有动植物病毒和λ噬菌体的衍生物。

3.将外源基因直接导入受体细胞可行吗？

提示　不可行，因为如果没有载体，导入受体细胞后，目的基因无法进行自我复制和稳定存在以及表达。

4.质粒上的一些抗生素抗性基因有什么作用？

提示　作为标记基因，检测目的基因是否导入受体细胞。

1.作为载体必须具备的四个条件：

（1）必须有一个至多个限制酶切割位点。

（2）必须具备自我复制的能力。

（3）必须有标记基因。

（4）必须是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入受体细胞外的其他生物细胞中。

2.基因工程中的载体≠细胞膜上的载体：

前者的化学本质是DNA，作用是携带目的基因进入受体细胞；

后者的化学本质是蛋白质，是一些物质进出细胞的载体。

【典例2】载体作为基因工程中的“分子运输车”，应具备的条件是（　　）

①必须有一个至多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上　②能在细胞中进行自我复制，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制　③必须带有标记基因，以便进行重组后的筛选　④必须是安全的，不会对受体细胞有害

A.①②③④B.①②③

C.①③④D.②③④

[解析]　基因操作中要使载体可携带目的基因，其上必须有一个至多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上；

载体必须能在细胞中进行自我复制，或整合到受体细胞染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制；

必须带有标记基因，以便进行重组后的筛选；

必须是安全的。

[答案]　A

2.下列哪项不是基因工程中经常使用的载体（　　）

A.细菌质粒B.λ噬菌体的衍生物

C.动植物病毒D.细菌拟核区的DNA

[解析]　细菌拟核区的DNA分子不具备载体的基本条件，不能作为基因工程的载体。

知识脉络

要点晨背

1.基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA分子重组技术。

2.限制酶主要从原核生物中分离提纯出来，能够识别DNA分子中特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子。

3.DNA分子经过限制酶切割后形成黏性末端或平末端。

4.DNA连接酶可将两个DNA链连接起来，主要有E·

coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。

5.目的基因的主要载体是质粒，它是一种能够自我复制的小型环状DNA分子。

1.下列关于限制酶的说法，错误的是（　　）

A.限制酶广泛存在于各种生物中，主要分布在真核生物中

B.限制酶可以将DNA分子切开

C.一种限制酶通常只能识别一种特定的核苷酸序列

D.一般不同的限制酶切割DNA的切点不同

[解析]　限制酶主要是从原核生物中分离出来的，并不是广泛存在于各种生物中；

DNA分子可被限制酶特异性切割；

一种限制酶通常只能识别双链DNA的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。

2.关于下图所示黏性末端的叙述中，错误的是（　　）

A.①与③可以由相同限制酶切割产生

B.DNA连接酶可催化①与③的拼接

C.经酶切形成④需要脱去2个水分子

D.图中黏性末端可由两种限制酶作用产生

[解析]　①与③黏性末端相同，可能是由相同的限制酶切割形成，也可能是由不同的限制酶切割形成，A正确；

由于①与③的黏性末端相同，所以DNA连接酶可催化①与③的拼接，B正确；

形成④需要断裂两个磷酸二酯键，因此需要消耗2分子的水，而不是脱去2个水分子，C错误；

同种限制酶切割产生的黏性末端相同，图中①与③的黏性末端相同，②与④的黏性末端相同，且①、③与②、④的黏性末端不同，所以图中黏性末端可由两种限制酶作用产生。

3.质粒是细菌中的有机分子，下列对其描述，正确的是（　　）

A.质粒完全水解后最多可产生4种化合物

B.质粒能够自主复制

C.质粒中含有两个游离的磷酸基团

D.质粒是基因工程的工具酶

[解析]　质粒是一种具有自主复制能力的小型双链环状DNA分子，不含游离的磷酸基团，完全水解后最多可产生6种化合物：

脱氧核糖、磷酸、4种含氮的碱基，A、C错误，B正确；

质粒是基因工程的工具——载体，不是工具酶，D错误。

[答案]　B

4.以下几种酶中与磷酸二酯键形成或断裂有关的有几种（　　）

①限制性核酸内切酶　②DNA连接酶　③DNA聚合酶

④解旋酶　⑤DNA酶

A.两种B.三种

C.四种D.五种

[解析]　①限制性核酸内切酶和⑤DNA酶都与磷酸二酯键的断裂有关；

②DNA连接酶和③DNA聚合酶都与磷酸二酯键的形成有关；

④解旋酶与氢键断裂有关。

5.基因工程在操作过程中需要限制酶、DNA连接酶、载体三种工具。

以下有关这三种工具的叙述，正确的是（　　）

A.所有限制酶的识别序列均由6个核苷酸组成

B.所有DNA连接酶均能连接黏性末端和平末端

C.真正被用作载体的质粒都是天然质粒

D.原核生物内的限制酶可切割入侵的DNA分子而保护自身

[解析]　有的限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成；

coliDNA连接酶不能连接平末端；

真正被用作载体的质粒都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。

6.如图所